7.1 饱和烃 第1课时（同步讲义）化学沪科版必修第二册

第七章常见的有机化合物 第一节 饱和烃 第1课时天然气甲烷的分子结构和性质 教学目标 1.掌握甲烷的分子结构（正四面体构型），理解结构与性质的关联；熟知甲烷的氧化、取代反应等化学性质，能书写相关化学方程式。 2.通过模型观察、实验分析，提升空间想象与证据推理能力，初步建立有机化合物 “结构决定性质” 的认知模型。 3.结合天然气的应用，认识甲烷在生产生活中的价值，深化化学与社会发展的关联意识，落实宏观辨识与微观探析核心素养。 重点和难点 重点：甲烷的正四面体分子结构，甲烷的氧化反应（燃烧）与取代反应（与氯气）的规律及应用。 难点：理解甲烷正四面体结构的空间特征，阐释取代反应的反应机理，建立有机反应的微观认知框架。 ◆知识点一 天然气 1．天然气是一种高效、清洁的气体燃料，主要成分是 。 2．组成有机物的元素主要有 、 、 ，还有氮、硫、卤素、磷等，其中仅含有碳、氢两种元素的有机物称为 ，简称 。 3．烃类中分子组成最简单的物质是 。 4．有机化合物是指除一氧化碳、二氧化碳、碳酸及碳酸盐等化合物以外的其他含 化合物。 即学即练 1．天然气是一种清洁的化石燃料，天然气水合物的主要成分是甲烷水合物，其组成为 A． B． C． D． 2．煤层气的主要成分是 A．甲烷 B．一氧化碳 C．氢气 D．乙烯 3．下列物质中属于烃的是 A．CH4 B．CH3OH C．CH3COOH D．C6H12O6 ◆知识点二 甲烷的分子结构和物理性质 甲烷的结构 名称 分子式 电子式 结构式 空间构型 甲烷 正四面体 球棍模型 空间填充模型 2．甲烷是一种 色、 味的气体， 溶于水。在通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂等均 （填“能”或“不”）发生反应。 易错提醒 甲烷的分子结构和白磷的分子结构都是正四面体，但是二者并不完全一样，甲烷是以碳原子为体心，氢原子为顶点的正四面体，而白磷是以4个磷原子为顶点的中空的正四面体。 即学即练 4．我国建成目前全球容量最大的天然气储罐。天然气的主要成分甲烷 A．属于不饱和烃 B．为平面形分子 C．可与发生氧化反应 D．可与发生取代反应 5．人类对物质结构认识不断深化的探索历程是艰辛的。甲烷是最简单的有机化合物，人类很早就发现了甲烷，但化学家为搞清楚甲烷的结构却用了上百年的时间。下列结构中最能反应甲烷真实结构的是 A． B． C． D． 6．家用燃气天然气的主要成分是甲烷，下列关于甲烷的说法正确的是 A．易溶于水 B．能使溴水褪色 C．分子构型为平面正方形 D．可用作燃料 ◆知识点三 甲烷的化学性质 1.稳定性：常温下与 等都不反应。 2.可燃性：在空气中点燃纯净的甲烷气体，能够安静的燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量的热。 （注意：点燃甲烷前，一定要验纯） 3.取代反应：甲烷在光照下能和氯气发生取代反应。 4.在隔绝空气加强热的条件下裂解 即学即练 易错提醒 四种取代产物中只有CH3Cl是气体且比水轻，其他均为液体且比水重，CHCl3又称为氯仿 7．已知乙烯可被酸性溶液氧化为。下列各组混合气体（括号内为杂质）可通过如图所示装置除杂的是 A． B． C． D． 8．如图所示，将充满等体积CH4和Cl2的试管倒立于盛有饱和食盐水的水槽中，用日光照射一段时间。下列说法正确的是 A．试管内气体颜色无变化 B．试管壁出现油状液滴 C．试管内液面下降 D．水槽中的溶液显碱性 9．下列有关甲烷的取代反应的叙述错误的是 A．甲烷与氯气反应需要光照条件 B．甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多 C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D．甲烷与氯气反应实验过程中发现液面升高是因为气体减少 一、烃的燃烧计算 1.烃(CxHy)的燃烧通式 CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(配平化学方程式)。 2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律 (1)耗氧量多少取决于x+的值,x+越大,耗氧量越多。 (2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。 (3)生成水的量的多少取决于的值,的值越大,生成水的量越多。 3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律 氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中的值,此值越大,耗氧量越多。 4.最简式相同的烃燃烧时的规律 最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。 5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律 CxHy+(x+)O2xCO2+H2O 　1　　x+ (1)燃烧后温度高于100 ℃,即水为气态: ΔV=V后-V前= (2)燃烧后温度低于100 ℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+)]=-1-<0,气体体积一定减小。 实践应用 1．在150℃的恒压密闭容器中，点燃和的混合气体，充分反应后，气体的体积为(保持温度不变) A．10 mL B．20 mL C．30 mL D．50 mL 2．某烃完全燃烧后，能生成二氧化碳(标准状况下)，此烃在一定条件下能与氢气加成，最多能消耗两倍于其体积的氢气，则此烃的结构简式可能为 A． B． C． D． 3．将0.1 mol两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得3.36 L(标准状况)和。下列说法正确的是 A．一定有甲烷 B．一定有乙烷 C．一定没有甲烷 D．可能有乙烷 2、 甲烷取代反应实验探究 （1）实验探究 实验过程 取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管CH4和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，比较两支试管内的现象 实验装置 A　　　　　　　B 实验现象 A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾生成，且试管内液面上升，水槽中有固体析出 B装置：无明显现象 实验结论 CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应 （2）反应的机理 （3）化学反应方程式 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl （4）取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应 注意： ①反应条件：光照(漫散光照射)，在室温暗处不发生反应，但不能用日光或其他强光直射，以防爆炸 ②对反应物状态的要求：CH4和氯气，因此甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，CH4与氯水、溴水则不反应 ③CH4与Cl2的取代反应为连锁反应，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此产物复杂，五种产物都有，但HCl最多 ④甲烷四种取代产物性质见下表 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 名称 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯甲烷 俗称 —— —— 氯仿 四氯化碳 状态 气态 液态 液态 液态 结构式 空间构型 四面体 四面体 四面体 正四面体 密度 —— 大于水 大于水 大于水 用途 麻醉剂 —— 溶剂 溶剂、灭火剂 ⑤取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子 实践应用 1．取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是 A．反应应在强烈日光直接照射下完成 B．甲烷和反应后试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成了氯化氢 C．和的反应属于取代反应 D．该反应结束后，液面上升，液体充满试管 2．如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气（体积比为）的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：________。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为，则得到的产物的说法中正确的是________（填字母编号）。 A．只有、 B．最多的是 C．液体有机物有、、 D．有、、、、 (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是_______（填字母编号）。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)若水中含有，则在U形管左端会观察到________。 (5)右端玻璃管的作用是________。 3．某课外活动小组利用如图所示装置探究CH4和Cl2的反应。 (1)CH4和Cl2发生反应条件是______，反应类型为______，假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式______。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为1：1，则得到的产物为______。 A．CH3Cl  HCl B．CCl4  HCl C．CH3Cl  CH2Cl2 D．CH3Cl  CH2Cl2  CHCl3  CCl4 HCl (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是______。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到______。 (5)右端玻璃管的作用是______。 考点一 有机物的基本概念 【例1】下列关于物质分类的说法中，不正确的是 A．乙烷属于烃 B．金刚石属于单质 C．漂白粉属于纯净物 D．青蒿素C15H22O5属于有机物质 解题要点 1．有机物的定义：含碳元素的化合物叫有机化合物，简称有机物。个别含碳的化合物如CO、CO2及碳酸和碳酸盐等结构与性质跟无机物相似，故仍属无机物。 2．烃的定义：仅由碳和氢两种元素组成的有机物称为烃，也叫碳氢化合物。最简单的烃是甲烷。 【变式1-1】按物质的组成分类属于 A．氧化物 B．酸 C．烃 D．不饱和烃 【变式1-2】下列物质中属于烃的是 A．乙醇 B．醋酸 C．乙烯 D．苯酚 考点二 甲烷的分子结构 【例2】甲烷的分子结构模型如图所示。下列有关说法错误的是 A．图中①代表氢原子 B．其分子的空间结构为平面正方形 C．其化学式为 D．C、H元素质量比为 解题要点 1．在甲烷分子里，1个碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键。甲烷分子是正四面体型，C原子居于正四面体的中心，4个H原子位于4个顶点。 2．能够证明甲烷是正四面体结构，而不是平面结构的事实是：甲烷的二元取代物只有一种结构。 【变式2-1】下列关于甲烷分子的说法不正确的是 A．分子式为CH4 B．属于烷烃 C．含有碳氢键 D．所有原子在同一平面上 【变式2-2】下列球棍模型中，能表示甲烷分子的是 选项 A B 球棍模型 选项 C D 球棍模型 A．A B．B C．C D．D 考点三 甲烷的燃烧 【例3】天然气燃烧反应的微观示意图如图所示。由图可得到的结论是    A．反应前后分子数目有增减 B．反应物中没有单质 C．反应前后共有4种物质 D．反应过程中共涉及3种氧化物 解题要点 1．甲烷具有可燃性，燃烧时发出蓝色火焰。 2．甲烷在点燃前必须验纯。如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物，可能发生爆炸。 3．天然气、沼气、煤坑气（俗称瓦斯）的主要成分都是甲烷。 【变式3-1】等质量的下列物质，在空气中完全燃烧，消耗氧气最少的是 A．C6H6 B．C2H6 C．C3H6 D．CH4 【变式3-2】将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃，充分反应后，甲烷和氧气均无剩余，且产物均为气体(101 kPa,120℃)，其总质量为72 g，下列有关叙述不正确的是(　　) A．产物的平均摩尔质量为24 g/mol B．反应中消耗的氧气为56 g C．若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa,120℃)，则压强变为原来的三分之一 D．若将产物通过碱石灰，则可全被吸收，若通过浓硫酸，则不能被完全吸收 考点四 甲烷的取代反应 【例4】实验室用如图所示装置进行甲烷与氯气在光照下的实验，光照下反应一段时间后，下列说法正确的是 A．一段时间后，试管中气体颜色变浅，液面上升，试管内壁有油珠出现，发生加成反应 B．若试管中有0.5 mol氯气与0.01 mol甲烷，则充分反应后，可得到0.01 mol的CCl4 C．二氯甲烷有同分异构体 D．可以用排饱和食盐水法分别收集甲烷和氯气 解题要点 1．取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应叫取代反应。 2．甲烷在光照条件下可与氯气发生取代反应，生成不溶于水的有机物，同时生成HCl。 甲烷与氯气反应的化学方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl； CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl； CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl； CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl 【变式4-1】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是 A．甲烷与氯气的物质的量之比为，混合发生取代反应只生成 B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中最多 C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D．甲烷生成最多消耗氯气 【变式4-2】如图所示，U形管的左端为被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_____。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积比为，则得到的产物为_____。 A．、 B．、 C．、 D．、、、、 (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化情况是_____。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 基础达标 1．（24-25高一下·云南楚雄·期末）下列化学用语表达正确的是 A．H元素的三种核素：、、 B．的空间结构呈直线形 C．用电子式表示的形成过程： D．空间填充模型()既可以表示甲烷分子，也可以表示四氯化碳分子 2．（24-25高二上·上海浦东新·期中）下列说法正确的是 A．CH4有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．甲烷的结构简式： C．甲烷的电子式为，分子中各原子没有都达到“8电子”稳定结构 D．空间填充模型可以表示甲烷分子或四氯化碳分子 3．（24-25高一上·上海·期中）下列不属于液化天然气(主要成分为甲烷)安全使用标识的是 A． B． C． D． 4．下列表示相关微粒的化学用语正确的是 A．Cl−的结构示意图： B．KOH的电子式： C．二氧化碳的结构式是：O=C=O D．甲烷的空间充填模型是： 5．（24-25高一上·上海松江·期中）下列说法正确的是 A．可燃冰是一种清洁能源 B．[CH4·(H2O)n]是一种离子化合物 C．可燃冰在常温常压下能稳定存在 D．可燃冰是天然气冷却后得到的固体 6．（24-25高一上·上海·月考）下列关于甲烷认识不正确的是 A．碳元素的化合价为 B．最广泛的用途是用作清洁燃料 C．密度比氢气大 D．实验室可以用排水法收集 7．（24-25高一下·河南南阳·期末）下列实验装置或操作能达到实验目的的是 A．分离乙醇和乙酸 B．除去氯气中的少量氯化氢和水蒸气 C．石油的分馏 D．甲烷与氯气反应 8．（24-25高一下·浙江金华·阶段练习）下列说法正确的是 A．将甲烷与氯气按体积比1:1混合后反应，生成物中只有一氯甲烷和氯化氢 B．甲烷通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫色褪去 C．裂化的目的是为了提高石油分馏产品中汽油等轻质油的产量 D．煤的干馏属于物理变化 9．1molCH4与Cl2反应全部生成CCl4，需Cl2的物质的量是 A．4mol B．3mol C．2mol D．1mol 10．甲烷是天然气的主要成分，是一种高效、污染小的清洁能源。下列有关甲烷的说法正确的是 ①甲烷是一种正四面体结构的分子，所以CH2Cl2只有一种结构 ②甲烷与氯气以物质的量之比为1：1发生取代反应时，生成物只有CH3Cl和HCl ③0.5molCH4完全燃烧时消耗1molO2 ④1molCH4全部生成CCl4，消耗2molCl2 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 11．下列说法正确的是 A．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性溶液的紫色褪去 B．和一定互为同系物 C．二氯甲烷有两种同分异构体 D．由在光照条件下能与氯气发生取代反应，可推知能使氯水褪色 12．如图所示，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的试管倒扣于盛有饱和食盐水的水槽中进行实验，不可能出现的现象是    A．试管内壁出现油状液滴 B．试管内的黄绿色变浅 C．试管中液面上升至试管顶部 D．试管内出现少量白雾 13．（24-25高一上·上海·阶段练习）甲烷充分燃烧的化学方程式为___________。若现在一个容积可变的密闭容器中，充入和一定量的氧气，欲使完全燃烧，至少应充入氧气___________g。该次反应后发现密闭容器的容积没有改变，试判断生成物的状态为___________(填“固态”“液态”或“气态”)。 14．如图所示，U型管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1：4)的混合气体，假定氯气在水中溶解度可以忽略。将该装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出化学方程式。___________。 (2)经过几个小时的反应后，U型管右端的玻璃管中水柱变化是___________。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (3)试解释U型管右端的玻璃管中水柱变化的原因。___________。 15．如图所示是某同学利用注射器设计的简易实验装置。加热分离出可燃冰中的甲烷，将10mL甲烷注入甲注射器中，在同温、同压下向乙注射器中注入50mLCl2，将乙注射器中气体推入甲注射器中，用日光照射甲注射器一段时间，气体在甲注射器中发生反应。 (1)下列是某同学预测的实验现象，其中正确的是___________(填字母)。 A．气体最终变为无色 B．实验过程中，甲注射器活塞向右移动 C．甲注射器内壁有油状液滴产生 D．产生火花 (2)甲注射器中发生的化学反应类型为___________。 (3)反应后，甲注射器中剩余气体最好用___________(填字母)吸收。 A．水 B．氢氧化钠溶液 C．硝酸银溶液 D．饱和食盐水 综合应用 1．（24-25高一下·上海徐汇·期末）下列关于甲烷和烷烃的说法不正确的是 A．甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色 B．天然气、沼气、煤层气的主要成分是甲烷 C．甲烷是矿井的安全威胁之一 D．相同质量的烷烃完全燃烧时，甲烷的耗氧量最低 2．（24-25高一下·河南郑州·期末）已知：，下列有关说法正确的是 A．和的空间结构均为正四面体形 B．一氯甲烷()和二氯甲烷()互为同系物 C．存在和两种同分异构体 D．该反应前后的四种分子均为原子间通过共用电子对形成化学键 3．（24-25高一下·湖北襄阳·期末）甲烷和氯气在光照条件下发生卤代反应，其反应机理如下： I．链引发 II．链传递 III．链终止 ① Cl2 2Cl∙ ②Cl∙ + CH4 → CH3∙ + HCl ③CH3∙ + Cl2 → Cl∙ + CH3Cl …… 2Cl∙ → Cl2 CH3∙ + Cl∙ → CH3Cl …… 反应②与反应③过程中能量变化如图： 下列说法正确的是 A．反应②和反应③均有非极性键的断裂与极性键的形成 B．1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量高于1 mol CH3∙和1 mol HCl的总能量 C．拆开1 mol Cl─Cl键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量多 D．有可能生成极少量的乙烷和1，2-二氯乙烷等产物 4．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）甲烷的取代反应是有机化学实验中的典型代表。现有实验装置如图所示，打开分液漏斗活塞，并将装置置于光亮处一段时间。下列说法正确的是 A．可用MnO2代替高锰酸钾进行实验 B．0.01molCH4最多可消耗0.896L氯气 C．Cl2与CH4反应生成的产物均为四面体 D．可观察到有黄绿色气体产生，后颜色变浅，内壁出现油状液体 5．（24-25高一下·天津·期中）I.烷烃可以发生取代反应。向下图的B中通入一定量的氯气和甲烷气体，混合均匀后通入C中硬质玻璃管中，夹紧C两端弹簧夹，用漫射光照射硬质玻璃管。 (1)将实验室制得的先通过饱和食盐水的目的是_______。 (2)写出装置中与反应生成氯仿的化学方程式：_______。 (3)一段时间后，装置C中玻璃管内的实验现象：_______、_______。 (4)将甲烷和适量的混合后光照，充分反应后生成的、、、四种有机产物的物质的量之比为，则参加反应的的物质的量为_______mol。 II. (5)某同学依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示： 负极的材料是_______，发生的电极反应为_______。当反应进行一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了，则该原电池反应共转移的电子数目是_______。 拓展培优 （24-25高一上·上海松江·期中）能将氧化铜还原为铜单质，某兴趣小组用以下实验进行验证。 6．点燃B处酒精灯前先通入甲烷气体的作用是___________。 7．反应过程中，C装置中的现象为___________，证明有水生成。 8．装置D中澄清石灰水变浑浊，证明___________。 （23-24高一下·上海松江·阶段练习）利用甲烷与氯气发生反应，同时获得副产品盐的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组报在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装如下。 9．导管a的作用是_______。 10．实验开始前需要进行的操作是_______。 11．C装置中生成的化学方程式为_______，反应类型为_______。 12．B装置有三种功能：①混匀混合气体；②_______；③_______。 13．D装置的试管中能观察到的现象是_______。 14．下列关于甲烷的性质描述错误的是_______。 A．难溶于水 B．能使溴水褪色     C．密度比空气小 D．易燃烧 15．下列能证明甲烷分子是正四面体结构的是_______。 A．甲烷是共价化合物 B．只有一种分子 C．甲烷分子中四个键键长相等，任意两个键之间的键角均相等 D．与为同一种物质 16．装置E的作用是_______。 （25-26高一上·上海·期中）我国将力争2060年前实现碳中和，的捕捉是减少碳排放的措施之一，资源化利用是实现“碳中和”的重要途径。 I．一种利用溶液捕捉回收的过程如图所示。 17．【不定项】已知NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是___________。 A．中含中子数为26NA B．溶液中含有数为NA C．同温同压下，等体积的与的碳原子个数比为1：1 D．反应、分离中分离操作为过滤 18．捕捉室中与过量的氢氧化钠溶液反应的离子方程式为___________。 19．【不定项】下列溶液中，也能用作“捕捉”二氧化碳的试剂是___________。 A．溶液 B．溶液 C．溶液 D．稀硫酸 20．整个过程中可以循环利用的物质是___________(写化学式)。 实验室模拟捕捉回收，需要用溶液，现进行配制。 21．称量固体为___________。 22．配制溶液需要的玻璃仪器是___________。 23．【不定项】配制过程中，会造成所配制溶液的物质的量浓度偏大的是___________。 A．称量时间过长 B．转移前，容量瓶内有蒸馏水 C．定容时水加多用胶头滴管吸出 D．定容时俯视刻度线蛋黄型空心球催化剂技术实现了封存和能量储存双重效果，其原理如图所示。 24．该反应的总方程式为___________。 25．与利用溶液直接捕获相比，该法的优点(写出两点)___________。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第七章常见的有机化合物 第一节 饱和烃 第1课时天然气甲烷的分子结构和性质 教学目标 1.掌握甲烷的分子结构（正四面体构型），理解结构与性质的关联；熟知甲烷的氧化、取代反应等化学性质，能书写相关化学方程式。 2.通过模型观察、实验分析，提升空间想象与证据推理能力，初步建立有机化合物 “结构决定性质” 的认知模型。 3.结合天然气的应用，认识甲烷在生产生活中的价值，深化化学与社会发展的关联意识，落实宏观辨识与微观探析核心素养。 重点和难点 重点：甲烷的正四面体分子结构，甲烷的氧化反应（燃烧）与取代反应（与氯气）的规律及应用。 难点：理解甲烷正四面体结构的空间特征，阐释取代反应的反应机理，建立有机反应的微观认知框架。 ◆知识点一 天然气 1．天然气是一种高效、清洁的气体燃料，主要成分是 甲烷 。 2．组成有机物的元素主要有 碳 、 氢 、 氧 ，还有氮、硫、卤素、磷等，其中仅含有碳、氢两种元素的有机物称为 碳氢化合物 ，简称 烃 。 3．烃类中分子组成最简单的物质是 甲烷 。 4．有机化合物是指除一氧化碳、二氧化碳、碳酸及碳酸盐等化合物以外的其他含 碳 化合物。 即学即练 1．天然气是一种清洁的化石燃料，天然气水合物的主要成分是甲烷水合物，其组成为 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】天然气水合物（可燃冰）是甲烷（CH4）与水在高压低温条件下形成的固态化合物，其组成通常表示为CH4·nH2O。 【详解】A．为一水合氨，A错误； B．为金属盐的结晶水合物，与天然气无关，B错误； C．为金属盐的结晶水合物，与天然气无关，C错误； D．对应甲烷水合物的化学式，D正确； 故选D。 2．煤层气的主要成分是 A．甲烷 B．一氧化碳 C．氢气 D．乙烯 【答案】A 【详解】A．煤层气俗称瓦斯，主要成分为甲烷，是煤形成过程中产生的气体，A正确； B．一氧化碳并非煤层气的主要成分，通常由不完全燃烧产生，B错误； C．氢气在煤层气中含量极低，不是主要成分，C错误； D．乙烯是石油化工产物，煤层气中几乎不含乙烯，D错误； 故选A。 3．下列物质中属于烃的是 A．CH4 B．CH3OH C．CH3COOH D．C6H12O6 【答案】A 【分析】烃是仅由C、H两种元素组成的化合物，据此分析判断。 【详解】A．CH4是仅由C、H两种元素组成的化合物，因此CH4属于烃，A符合题意； B．CH3OH是由C、H、O三种元素组成的化合物，因此CH3OH属于烃的衍生物，B不符合题意； C．CH3COOH是由C、H、O三种元素组成的化合物，因此CH3OH属于烃的衍生物，C不符合题意； D．C6H12O6是由C、H、O三种元素组成的化合物，因此CH3OH属于烃的衍生物，D不符合题意； 故合理选项是A。 ◆知识点二 甲烷的分子结构和物理性质 甲烷的结构 名称 分子式 电子式 结构式 空间构型 甲烷 CH4 正四面体 球棍模型 空间填充模型 2．甲烷是一种 无 色、 无 味的气体， 难 溶于水。在通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂等均 不 （填“能”或“不”）发生反应。 易错提醒 甲烷的分子结构和白磷的分子结构都是正四面体，但是二者并不完全一样，甲烷是以碳原子为体心，氢原子为顶点的正四面体，而白磷是以4个磷原子为顶点的中空的正四面体。 即学即练 4．我国建成目前全球容量最大的天然气储罐。天然气的主要成分甲烷 A．属于不饱和烃 B．为平面形分子 C．可与发生氧化反应 D．可与发生取代反应 【答案】D 【详解】A．甲烷是烷烃，仅含单键，属于饱和烃，A错误； B．甲烷分子呈正四面体结构，而非平面形，B错误； C．甲烷与H2通常不发生反应，氧化反应需氧化剂（如O2），C错误； D．甲烷在光照条件下与Cl2发生取代反应生成氯代物，D正确； 故选D。 5．人类对物质结构认识不断深化的探索历程是艰辛的。甲烷是最简单的有机化合物，人类很早就发现了甲烷，但化学家为搞清楚甲烷的结构却用了上百年的时间。下列结构中最能反应甲烷真实结构的是 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】填充模型是用一定大小的球体来表示不同的原子的模型；甲烷为正四面体形结构，不是平面结构，且碳原子半径大于氢，则空间填充模型最能反映其真实结构，故选B。 6．家用燃气天然气的主要成分是甲烷，下列关于甲烷的说法正确的是 A．易溶于水 B．能使溴水褪色 C．分子构型为平面正方形 D．可用作燃料 【答案】D 【详解】A．甲烷难溶于水，因非极性分子不易溶于极性溶剂，A错误； B．甲烷属于烷烃，性质稳定，不能使溴水褪色，B错误； C．甲烷分子构型为正四面体，而非平面正方形，C错误； D．甲烷燃烧生成CO2和H2O，是一种优良的燃料，D正确； 故选D。 ◆知识点三 甲烷的化学性质 1.稳定性：常温下与溴水，高锰酸钾溶液等都不反应。 2.可燃性：在空气中点燃纯净的甲烷气体，能够安静的燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量的热。 CH4+2O2CO2+2H2O （注意：点燃甲烷前，一定要验纯） 3.取代反应：甲烷在光照下能和氯气发生取代反应。 CH4+Cl2CH3Cl+HCl CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl CH4+3Cl2CHCl3+3HCl CH4+4Cl2CCl4+4HCl 4.在隔绝空气加强热的条件下裂解 CH4 C + 2H2 即学即练 易错提醒 四种取代产物中只有CH3Cl是气体且比水轻，其他均为液体且比水重，CHCl3又称为氯仿 7．已知乙烯可被酸性溶液氧化为。下列各组混合气体（括号内为杂质）可通过如图所示装置除杂的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．酸性高锰酸钾氧化HCl生成氯气，但氯气与氢氧化钠溶液反应，A错误； B．酸性高锰酸钾能将乙烯氧化为二氧化碳，而杂质甲烷不反应，B错误； C．酸性高锰酸钾能将乙烯氧化为二氧化碳，通过氢氧化钠溶液使得二氧化碳被吸收，气体被浓硫酸干燥后得到纯净乙烷，C正确； D．氨气极易溶于水中，而氮气不反应被保留，D错误； 故选C。 8．如图所示，将充满等体积CH4和Cl2的试管倒立于盛有饱和食盐水的水槽中，用日光照射一段时间。下列说法正确的是 A．试管内气体颜色无变化 B．试管壁出现油状液滴 C．试管内液面下降 D．水槽中的溶液显碱性 【答案】B 【详解】A．氯气是黄绿色气体，氯气被消耗，混合气体颜色变浅，A错误； B．取代产物CHCl3、CH2Cl2、CCl4是油状液体，取代产物CH3Cl虽是气体但易溶于有机溶剂，所以试管内壁出现油状液滴，油状液滴是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4的混合物，B正确； C．生成的HCl气体易溶于水，且取代产物CHCl3、CH2Cl2、CCl4 是油状液体，即甲烷的取代反应后，气体体积减小的反应，导致集气瓶内液面上升，C错误； D．生成的HCl气体易溶于水，溶液显酸性，D错误； 故选B。 9．下列有关甲烷的取代反应的叙述错误的是 A．甲烷与氯气反应需要光照条件 B．甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多 C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D．甲烷与氯气反应实验过程中发现液面升高是因为气体减少 【答案】B 【详解】A．甲烷与氯气发生取代反应，条件为光照，A正确； B．由反应方程式：CH4+Cl2CH3Cl+HCl、CH3Cl +Cl2CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl、CHCl3+Cl2CCl4+HCl可知，甲烷与氯气反应生成的产物中氯化氢的量最多，B错误； C．甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，生成的产物为混合物，C正确； D．甲烷与氯气发生取代反应，气体体积减小，试管内压强减小，试管内液面上升，D正确； 故答案为：B。 一、烃的燃烧计算 1.烃(CxHy)的燃烧通式 CxHy+(x+)O2xCO2+H2O(配平化学方程式)。 2.等物质的量(体积相同)的烃(CxHy)完全燃烧规律 (1)耗氧量多少取决于x+的值,x+越大,耗氧量越多。 (2)生成CO2的量的多少取决于x的值,x的值越大,生成CO2越多。 (3)生成水的量的多少取决于的值,的值越大,生成水的量越多。 3.等质量的不同烃完全燃烧时的耗氧规律 氢元素的质量分数越大,消耗O2越多,产生的H2O越多;反之碳元素的质量分数越大,消耗O2越少,产生的CO2则越多。等质量的烃完全燃烧时,消耗氧气的量取决于CxHy中的值,此值越大,耗氧量越多。 4.最简式相同的烃燃烧时的规律 最简式相同的烃不论以何种比例混合,只要混合物总质量一定,完全燃烧后生成的CO2和H2O及耗氧量一定。 5.烃完全燃烧前后气体体积变化规律 CxHy+(x+)O2xCO2+H2O 　1　　x+ (1)燃烧后温度高于100 ℃,即水为气态: ΔV=V后-V前= (2)燃烧后温度低于100 ℃,即水为液态:ΔV=V后-V前=x-[1+(x+)]=-1-<0,气体体积一定减小。 实践应用 1．在150℃的恒压密闭容器中，点燃和的混合气体，充分反应后，气体的体积为(保持温度不变) A．10 mL B．20 mL C．30 mL D．50 mL 【答案】C 【详解】下在中燃烧的化学方程式（此时水为气态）：，由方程式可知，反应前后气体的总体积不变，则反应后气体总体积为，故答案选C。 2．某烃完全燃烧后，能生成二氧化碳(标准状况下)，此烃在一定条件下能与氢气加成，最多能消耗两倍于其体积的氢气，则此烃的结构简式可能为 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】分子中碳原子数为，故A、D错误；又因为该烃能与发生加成反应，说明分子中有两个碳碳双键，C正确，故答案为C。 3．将0.1 mol两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得3.36 L(标准状况)和。下列说法正确的是 A．一定有甲烷 B．一定有乙烷 C．一定没有甲烷 D．可能有乙烷 【答案】A 【详解】混合烃 0.1mol 完全燃烧生成 的物质的量为n() = =0.15 mol，生成 的物质的量为n() = =0.2 mol，则混合烃中平均碳原子数为 =1.5，平均氢原子数为 =4，平均分子式为。气态烃中仅甲烷的碳原子数小于 1.5，故混合气体中一定有甲烷。 故选：A。 2、 甲烷取代反应实验探究 （1）实验探究 实验过程 取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管CH4和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，比较两支试管内的现象 实验装置 A　　　　　　　B 实验现象 A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾生成，且试管内液面上升，水槽中有固体析出 B装置：无明显现象 实验结论 CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应 （2）反应的机理 （3）化学反应方程式 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl （4）取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应 注意： ①反应条件：光照(漫散光照射)，在室温暗处不发生反应，但不能用日光或其他强光直射，以防爆炸 ②对反应物状态的要求：CH4和氯气，因此甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，CH4与氯水、溴水则不反应 ③CH4与Cl2的取代反应为连锁反应，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此产物复杂，五种产物都有，但HCl最多 ④甲烷四种取代产物性质见下表 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 名称 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯甲烷 俗称 —— —— 氯仿 四氯化碳 状态 气态 液态 液态 液态 结构式 空间构型 四面体 四面体 四面体 正四面体 密度 —— 大于水 大于水 大于水 用途 麻醉剂 —— 溶剂 溶剂、灭火剂 ⑤取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子 实践应用 1．取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是 A．反应应在强烈日光直接照射下完成 B．甲烷和反应后试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成了氯化氢 C．和的反应属于取代反应 D．该反应结束后，液面上升，液体充满试管 【答案】C 【分析】与在光照条件下发生反应：、、，、HCl呈气态，、呈液态，则试管内的现象为：气体颜色变浅，液面上升、试管内壁有油状液体附着，水槽内有白色晶体析出。 【详解】A．与发生取代反应，应在漫射光的照射下发生，若用强烈日光直接照射，易发生爆炸，A错误； B．由分析可知，甲烷与反应后试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成的、难溶于水，且呈液态的缘故，B错误； C．与的反应中，中的Cl原子替代了分子中的H原子，从而生成甲烷的氯代物和氯化氢，则反应属于取代反应，C正确； D．该反应结束后，气体的体积减少，液面上升，但由于难溶于水，所以液体不能充满试管，D错误； 故答案选C。 2．如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气（体积比为）的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：________。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为，则得到的产物的说法中正确的是________（填字母编号）。 A．只有、 B．最多的是 C．液体有机物有、、 D．有、、、、 (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是_______（填字母编号）。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)若水中含有，则在U形管左端会观察到________。 (5)右端玻璃管的作用是________。 【答案】(1) (2)CD (3)B (4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压 【分析】本题考查甲烷与氯气在光照条件下的取代反应，甲烷与氯气的反应特点：每一步取代反应都是同时进行的，不仅有不溶于水的有机物产生又生成了HCl，HCl易溶于水，导致系统压强变化。 【详解】（1）因足量，若充分反应，则中的四个H原子可完全被取代，生成和，； （2）甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和HCl，最多的是HCl，其中一氯代物为气态，其余为液态，故选CD； （3）甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右侧液面下降，左侧液面上升； （4）因左侧生成HCl溶于水后发生反应，所以观察到有白色胶状沉淀生成； （5）为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管； 3．某课外活动小组利用如图所示装置探究CH4和Cl2的反应。 (1)CH4和Cl2发生反应条件是______，反应类型为______，假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式______。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为1：1，则得到的产物为______。 A．CH3Cl  HCl B．CCl4  HCl C．CH3Cl  CH2Cl2 D．CH3Cl  CH2Cl2  CHCl3  CCl4 HCl (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是______。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到______。 (5)右端玻璃管的作用是______。 【答案】(1) 光照 取代反应 (2)D (3)B (4)白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压 【分析】甲烷和氯气在光照条件下可以发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物和HCl气体。 【详解】（1）根据分析，甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应；假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，则该有机物为CCl4，化学方程式为。 （2）若甲烷与氯气的体积之比为1：1，由于甲烷和氯气在光照条件下逐步发生取代反应，则得到的产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，答案选D。 （3）经过几个小时的反应后，消耗甲烷和氯气，且生成的HCl能够溶于水，则反应中气体的总物质的量减少，压强减小，U形管右端的玻璃管中水柱降低，答案选B。 （4）若水中含有Na2SiO3，则生成的HCl能够溶于水与Na2SiO3发生复分解反应生成H2SiO3沉淀和NaCl，因此在U形管左端会观察到有白色胶状沉淀生成。 （5）右端玻璃管和大气相通，可平衡气压。 考点一 有机物的基本概念 【例1】下列关于物质分类的说法中，不正确的是 A．乙烷属于烃 B．金刚石属于单质 C．漂白粉属于纯净物 D．青蒿素C15H22O5属于有机物质 【答案】C 【详解】A．乙烷分子式为C2H6，只有C和H两种元素，属于烃，故A正确； B．金刚石只由碳原子组成，属于单质，故B正确； C．漂白粉的主要成分是氯化钙、次氯酸钙，属于混合物，故C错误； D．青蒿素由C、H、O三种元素组成，属于有机物质，故D正确； 故答案为C。 解题要点 1．有机物的定义：含碳元素的化合物叫有机化合物，简称有机物。个别含碳的化合物如CO、CO2及碳酸和碳酸盐等结构与性质跟无机物相似，故仍属无机物。 2．烃的定义：仅由碳和氢两种元素组成的有机物称为烃，也叫碳氢化合物。最简单的烃是甲烷。 【变式1-1】按物质的组成分类属于 A．氧化物 B．酸 C．烃 D．不饱和烃 【答案】C 【详解】CH4只含有碳氢元素，化学键全是单键，属于饱和烃，故选C。 【变式1-2】下列物质中属于烃的是 A．乙醇 B．醋酸 C．乙烯 D．苯酚 【答案】C 【详解】A．乙醇分子中含有氧原子，属于烃的衍生物，不属于烃，故A错误； B．醋酸分子中含有氧原子，属于烃的衍生物，不属于烃，故A错误； C．乙烯是只含有氢元素和碳元素的烯烃，属于烃，故C正确； D．苯酚分子中含有氧原子，属于烃的衍生物，不属于烃，故D错误； 故选C。 考点二 甲烷的分子结构 【例2】甲烷的分子结构模型如图所示。下列有关说法错误的是 A．图中①代表氢原子 B．其分子的空间结构为平面正方形 C．其化学式为 D．C、H元素质量比为 【答案】B 【分析】甲烷分子是空间正四面体结构，碳原子位于体心。 【详解】A．甲烷分子是空间正四面体结构，碳原子位于体心，氢原子与碳原子形成四个，A正确； B．甲烷分子是空间正四面体结构，B错误； C．根据甲烷分子结构可判断出其化学式为CH4，C正确； D．甲烷中碳、氢元素质量比是，D正确； 故选B。 解题要点 1．在甲烷分子里，1个碳原子与4个氢原子形成4个C—H共价键。甲烷分子是正四面体型，C原子居于正四面体的中心，4个H原子位于4个顶点。 2．能够证明甲烷是正四面体结构，而不是平面结构的事实是：甲烷的二元取代物只有一种结构。 【变式2-1】下列关于甲烷分子的说法不正确的是 A．分子式为CH4 B．属于烷烃 C．含有碳氢键 D．所有原子在同一平面上 【答案】D 【详解】A．甲烷分子式为CH4，故A正确； B．甲烷是最简单的有机物，其属于烷烃，故B正确； C．1个甲烷分子中含有4个碳氢化学键，故C正确； D．甲烷分子的空间构型为正四面体，其最多3个原子处于同一平面，故D错误； 故选D。 【变式2-2】下列球棍模型中，能表示甲烷分子的是 选项 A B 球棍模型 选项 C D 球棍模型 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．甲烷是四面体结构，A符合题意； B．B表示的是乙烯，B不符合题意； C．C表示的是乙烷，C不符合题意； D．D表示的是丙烷，D不符合题意； 故选A。 考点三 甲烷的燃烧 【例3】天然气燃烧反应的微观示意图如图所示。由图可得到的结论是    A．反应前后分子数目有增减 B．反应物中没有单质 C．反应前后共有4种物质 D．反应过程中共涉及3种氧化物 【答案】C 【分析】由天然气燃烧反应的微观示意图可知，该反应的化学方程式是：CH4+2O22H2O+CO2。 【详解】A．由方程式可知，每3个分子变化成3个分子，反应前后分子数目没有增减，故A错误； B．反应物中有单质，是氧气，故B错误； C．由上述方程式可知，反应前后共有4种物质，故C正确； D．反应过程中共涉及H2O、CO2两种氧化物，故D错误； 故选：C。 解题要点 1．甲烷具有可燃性，燃烧时发出蓝色火焰。 2．甲烷在点燃前必须验纯。如果点燃甲烷和氧气或空气的混合物，可能发生爆炸。 3．天然气、沼气、煤坑气（俗称瓦斯）的主要成分都是甲烷。 【变式3-1】等质量的下列物质，在空气中完全燃烧，消耗氧气最少的是 A．C6H6 B．C2H6 C．C3H6 D．CH4 【答案】A 【分析】烃用CxHy表示，等质量的烃，值越大，耗氧量越多，值越小，耗氧量越少。 【详解】A．=1，A符合题意； B．=3，B不符合题意； C．=2，C不符合题意； D．=4，D不符合题意； 故选A。 【变式3-2】将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃，充分反应后，甲烷和氧气均无剩余，且产物均为气体(101 kPa,120℃)，其总质量为72 g，下列有关叙述不正确的是(　　) A．产物的平均摩尔质量为24 g/mol B．反应中消耗的氧气为56 g C．若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa,120℃)，则压强变为原来的三分之一 D．若将产物通过碱石灰，则可全被吸收，若通过浓硫酸，则不能被完全吸收 【答案】D 【分析】1mol CH4若完全燃烧产生1mol的CO2和2mol的H2O，其质量是80g，若燃烧产生1mol的CO和2mol的H2O，其质量是64g，现在混合物的质量是72 g，则产物中含有CO、 CO2、H2O，根据质量守恒定律可知，其中CO和 CO2的物质的量之和为1mol，H2O的物质的量为2mol 。 【详解】A．根据元素守恒可知产物的物质的量是3mol，质量是72g，故产物的平均摩尔质量==24 g/mol，A正确； B．1 mol CH4质量为16g，生成物为72g，根据质量守恒定律可知反应中消耗的氧气为72g－16g=56g，B正确； C．若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa,120℃)，则水被吸收，由分析可知，气体的物质的量变成原来的三分之一，压强也变为原来的三分之一，C正确； D．若将产物通过碱石灰，由分析可知，生成物中的CO与碱石灰不能发生反应，所以其不能被吸收，若通过浓硫酸，浓硫酸只能吸收水，所以也不能被完全吸收，D错误。 答案选D。 考点四 甲烷的取代反应 【例4】实验室用如图所示装置进行甲烷与氯气在光照下的实验，光照下反应一段时间后，下列说法正确的是 A．一段时间后，试管中气体颜色变浅，液面上升，试管内壁有油珠出现，发生加成反应 B．若试管中有0.5 mol氯气与0.01 mol甲烷，则充分反应后，可得到0.01 mol的CCl4 C．二氯甲烷有同分异构体 D．可以用排饱和食盐水法分别收集甲烷和氯气 【答案】D 【详解】A．甲烷与氯气在光照下发生的是取代反应，而非加成反应，A错误； B．甲烷与氯气的取代反应为多步反应，会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等多种氯代物，无法得到纯净的0.01 mol CCl4，B错误； C．甲烷为正四面体结构，四个氢原子等效，二氯甲烷（CH2Cl2）中两个氯原子的位置等效，无同分异构体，C错误； D．甲烷难溶于水，可用排饱和食盐水法收集；氯气在饱和食盐水中因Cl-浓度大，溶解度降低，也可用排饱和食盐水法收集，D正确； 答案选D。 解题要点 1．取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应叫取代反应。 2．甲烷在光照条件下可与氯气发生取代反应，生成不溶于水的有机物，同时生成HCl。 甲烷与氯气反应的化学方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl； CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl； CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl； CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl 【变式4-1】下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是 A．甲烷与氯气的物质的量之比为，混合发生取代反应只生成 B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中最多 C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物 D．甲烷生成最多消耗氯气 【答案】C 【详解】A．甲烷与氯气的取代反应为连续反应，即使二者物质的量之比为1:1，反应也会同时生成、、、和，并非只生成，A 错误； B．甲烷与氯气的取代反应中，每取代1 mol 氢原子就生成1 mol ，反应生成的物质的量最多，并非最多，B 错误； C．甲烷与氯气的取代反应为连续反应，各步取代反应可同时进行，生成、、、和的混合物，C 正确； D．1 mol 甲烷生成，需4 mol 氢原子全部被取代，每取代1 mol 氢原子消耗1 mol 氯气，故最多消耗4 mol 氯气，D 错误； 故选 C。 【变式4-2】如图所示，U形管的左端为被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_____。 (2)若题目中甲烷与氯气的体积比为，则得到的产物为_____。 A．、 B．、 C．、 D．、、、、 (3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化情况是_____。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 【答案】(1) (2)D (3)B 【详解】（1）因足量，若充分反应，则中的四个H原子可完全被取代，生成和HCl，化学方程式为； （2）甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和，故选D； （3）甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左端生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右端液面下降，左端液面上升，故选B。 基础达标 1．（24-25高一下·云南楚雄·期末）下列化学用语表达正确的是 A．H元素的三种核素：、、 B．的空间结构呈直线形 C．用电子式表示的形成过程： D．空间填充模型()既可以表示甲烷分子，也可以表示四氯化碳分子 【答案】C 【详解】A．元素的三种核素分别表示为、、，A项错误； B．的空间结构呈形，B项错误； C．是离子化合物，用电子式表示的形成过程：，C正确； D．原子半径，则空间填充模型()可以表示甲烷分子，但不可以表示四氯化碳分子，D错误； 故选C。 2．（24-25高二上·上海浦东新·期中）下列说法正确的是 A．CH4有还原性，可使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．甲烷的结构简式： C．甲烷的电子式为，分子中各原子没有都达到“8电子”稳定结构 D．空间填充模型可以表示甲烷分子或四氯化碳分子 【答案】C 【详解】A．CH4是一种饱和烃，化学性质相对稳定，不能与酸性高锰酸钾溶液发生反应，因此CH4不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A错误； B．甲烷的结构简式CH4，B错误； C．CH4是共价化合物，其电子式为，其中H原子达到“2电子”稳定结构，C原子达到“8电子”稳定结构，则分子中各原子没有都达到“8电子”稳定结构，C正确； D．C原子半径大于H原子半径，但C原子半径小于Cl原子半径，则空间填充模型能表示甲烷分子，但不能表示四氯化碳分子，D错误； 故选C。 3．（24-25高一上·上海·期中）下列不属于液化天然气(主要成分为甲烷)安全使用标识的是 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．液化天然气(主要成分为甲烷)为易燃液体，安全使用标识为易燃类物质，A不符合题意； B．液化天然气(主要成分为甲烷)无毒，安全使用标识为毒性物质，B符合题意； C．液化天然气(主要成分为甲烷)易燃，安全使用标识为严禁烟火，C不符合题意； D．液化天然气(主要成分为甲烷)为压缩气体，安全使用标识为加压气体，D不符合题意； 故选B。 4．下列表示相关微粒的化学用语正确的是 A．Cl−的结构示意图： B．KOH的电子式： C．二氧化碳的结构式是：O=C=O D．甲烷的空间充填模型是： 【答案】C 【详解】 A．氯离子结构示意图为，A错误； B．KOH的电子式为：，B错误； C．二氧化碳分子的结构式为O=C=O，C正确； D．为甲烷的球棍模型，D错误； 故选C。 5．（24-25高一上·上海松江·期中）下列说法正确的是 A．可燃冰是一种清洁能源 B．[CH4·(H2O)n]是一种离子化合物 C．可燃冰在常温常压下能稳定存在 D．可燃冰是天然气冷却后得到的固体 【答案】A 【详解】A．可燃冰是甲烷的结晶水合物，化学式为[CH4·(H2O)n]，其燃烧产生H2O、CO2，对环境无污染物，因此是一种清洁能源，A正确； B．[CH4·(H2O)n]是一种共价化合物，不属于离子化合物，B错误； C．可燃冰存在于低温高压环境下，在常温常压下不能稳定存在，C错误； D．天然气的主要成分是甲烷，故天然气降温加压后仍然为甲烷，不会变为甲烷的水合物，D错误； 故合理选项是A。 6．（24-25高一上·上海·月考）下列关于甲烷认识不正确的是 A．碳元素的化合价为 B．最广泛的用途是用作清洁燃料 C．密度比氢气大 D．实验室可以用排水法收集 【答案】A 【详解】A．C的电负性大于H，CH4中H的化合价为+1价，C为-4价，故A错误； B．甲烷容易完全燃烧，且产物没有污染，故最主要的用途是作清洁燃料，故B正确； C．甲烷的相对分子质量比氢气大，故相同条件下密度比氢气大，故C正确； D．甲烷难溶于水且不与水反应，故实验室可以用排水法收集，故D正确； 答案选A。 7．（24-25高一下·河南南阳·期末）下列实验装置或操作能达到实验目的的是 A．分离乙醇和乙酸 B．除去氯气中的少量氯化氢和水蒸气 C．石油的分馏 D．甲烷与氯气反应 【答案】D 【详解】A．乙醇和乙酸互溶，不分层，不能用分液的方法分离，A错误； B．浓硫酸可除去水蒸气，饱和氯化钠溶液可吸收氯气中的少量氯化氢，但氯气通过饱和氯化钠溶液中又会混有水蒸气，两个洗气瓶应调换顺序即可达到实验目的，B错误； C．石油的分馏中，冷却水的流向应自下而上，才能获得最佳的冷凝效果，C错误； D．甲烷与氯气发生取代反应需要光照，D正确； 故选D。 8．（24-25高一下·浙江金华·阶段练习）下列说法正确的是 A．将甲烷与氯气按体积比1:1混合后反应，生成物中只有一氯甲烷和氯化氢 B．甲烷通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫色褪去 C．裂化的目的是为了提高石油分馏产品中汽油等轻质油的产量 D．煤的干馏属于物理变化 【答案】C 【详解】A．甲烷与Cl2的取代反应为链式反应，即使体积比1:1也会生成多种氯代物和HCl，A错误； B．甲烷结构稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，不会使其褪色，B错误； C．裂化通过分解大分子烃提高轻质油（如汽油）的产量，C正确； D．煤的干馏生成焦炭等新物质，属于化学变化，D错误； 故答案选C。 9．1molCH4与Cl2反应全部生成CCl4，需Cl2的物质的量是 A．4mol B．3mol C．2mol D．1mol 【答案】A 【详解】甲烷与氯气发生取代反应生成四氯化碳时，需逐步取代4个氢原子。每一步取代需消耗1mol Cl2，总反应式为：，根据反应式，1mol CH4完全反应需要4mol Cl2，因此，Cl2的物质的量为4mol，对应选项A。 10．甲烷是天然气的主要成分，是一种高效、污染小的清洁能源。下列有关甲烷的说法正确的是 ①甲烷是一种正四面体结构的分子，所以CH2Cl2只有一种结构 ②甲烷与氯气以物质的量之比为1：1发生取代反应时，生成物只有CH3Cl和HCl ③0.5molCH4完全燃烧时消耗1molO2 ④1molCH4全部生成CCl4，消耗2molCl2 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 【答案】B 【详解】①甲烷分子中C原子与4个H原子形成四个共价键，键角是109°28′，因此CH4分子是一种正四面体结构的分子，所以CH2Cl2只有一种结构，①正确； ②取代反应是逐步进行的，因此物质的量1：1的甲烷与氯气发生取代反应时，生成物不只有CH3Cl和HCl，生成的CH3Cl会进一步发生取代反应产生CH2Cl2、CHCl3、CCl4，每一步取代反应都会产生HCl分子，不是只有CH3Cl和HCl两种物质，②错误； ③CH4完全燃烧的化学方程式为：CH4+2O2CO2+2H2O，根据物质反应转化关系可知：0.5 mol甲烷完全燃烧时消耗氧气最多为1 mol，③正确； ④甲烷与氯气发生取代反应，最终变为CCl4，同时还会生成HCl，根据取代反应逐步进行的特点，可知1 mol甲烷全部生成CCl4，最多消耗4 mol氯气，④错误； 故选B。 11．下列说法正确的是 A．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性溶液的紫色褪去 B．和一定互为同系物 C．二氯甲烷有两种同分异构体 D．由在光照条件下能与氯气发生取代反应，可推知能使氯水褪色 【答案】B 【详解】A．烷烷结构稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，A错误； B．和均为饱和烷烃，一定互为同系物，B正确； C．甲烷分子具有正四面体结构，二氯甲烷只有一种结构，C错误；   D．CH4和氯水不反应，不能使氯水褪色，D错误； 故选B。 12．如图所示，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的试管倒扣于盛有饱和食盐水的水槽中进行实验，不可能出现的现象是    A．试管内壁出现油状液滴 B．试管内的黄绿色变浅 C．试管中液面上升至试管顶部 D．试管内出现少量白雾 【答案】C 【详解】A．试管壁出现的油状液滴为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的混合物，不溶于水，为油状液滴，故A不符合题意； B．氯气与甲烷反生反应，逐渐被消耗，生成无色物质，黄绿色变浅，故B不符合题意； C．反应生成了一氯甲烷为气体，故液面不会上升至试管顶部，故C符合题意； D．CH4和Cl2发生取代反应，生成HCl，HCl遇水形成的白色的酸雾，故D不符合题意； 故选C。 13．（24-25高一上·上海·阶段练习）甲烷充分燃烧的化学方程式为___________。若现在一个容积可变的密闭容器中，充入和一定量的氧气，欲使完全燃烧，至少应充入氧气___________g。该次反应后发现密闭容器的容积没有改变，试判断生成物的状态为___________(填“固态”“液态”或“气态”)。 【答案】 128 气态 【详解】甲烷充分燃烧生成CO2和H2O，化学方程式为，根据该化学方程式可知，容器中充入和一定量的氧气，欲使完全燃烧，至少应充入氧气4mol，故O2的质量为=128g，反应前后容器的容积没有改变，说明反应前后气体的物质的量相等，结合方程式可知水为气态。 14．如图所示，U型管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1：4)的混合气体，假定氯气在水中溶解度可以忽略。将该装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出化学方程式。___________。 (2)经过几个小时的反应后，U型管右端的玻璃管中水柱变化是___________。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (3)试解释U型管右端的玻璃管中水柱变化的原因。___________。 【答案】(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl (2)B (3)由上述化学方程式可知，此反应中气体的物质的量减少，且生成的HCl能够溶解于水，所以左侧压强减小至零，故右侧玻璃管中的水柱降低，左侧气柱消失 【详解】（1）1）甲烷与氯气反应充分，只产生四氯化碳，为取代反应，反应的化学方程式为CH4+4Cl2CCl4+4HCl，故答案为：CH4+4Cl2CCl4+4HCl； （2）甲烷和氯气反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷和氯化氢是气体，氯化氢极易溶于水，使容器内压强变小，右端的玻璃管中水柱降低，故答案为：B． （3）由上述化学方程式可知，此反应中气体的物质的量减少，且生成的HCl能够溶解于水，所以左侧压强减小至零，故右侧玻璃管中的水柱降低，左侧气柱消失。 15．如图所示是某同学利用注射器设计的简易实验装置。加热分离出可燃冰中的甲烷，将10mL甲烷注入甲注射器中，在同温、同压下向乙注射器中注入50mLCl2，将乙注射器中气体推入甲注射器中，用日光照射甲注射器一段时间，气体在甲注射器中发生反应。 (1)下列是某同学预测的实验现象，其中正确的是___________(填字母)。 A．气体最终变为无色 B．实验过程中，甲注射器活塞向右移动 C．甲注射器内壁有油状液滴产生 D．产生火花 (2)甲注射器中发生的化学反应类型为___________。 (3)反应后，甲注射器中剩余气体最好用___________(填字母)吸收。 A．水 B．氢氧化钠溶液 C．硝酸银溶液 D．饱和食盐水 【答案】(1)BC (2)取代反应 (3)B 【分析】在光照下，甲烷与氯气发生多步取代反应，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl； 【详解】（1）A．理论上，甲烷与氯气的体积比为1∶4时，二者恰好完全反应，而甲注射器中甲烷与氯气的体积比为1∶5，说明氯气过量，最终气体中仍有氯气，故气体不会最终变为无色，错误； B．产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为油状液体，所以气体的总体积减小，内部压强减小，甲注射器活塞向右移动，正确； C．产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为油状液体，甲注射器内壁有油状液滴产生，正确； D．该反应进行缓慢，不会产生火花，错误； 故选BC； （2）甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲注射器中发生的是取代反应； （3）剩余气体中含有氯气和氯化氢，最好用氢氧化钠溶液吸收，故选B。 综合应用 1．（24-25高一下·上海徐汇·期末）下列关于甲烷和烷烃的说法不正确的是 A．甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色 B．天然气、沼气、煤层气的主要成分是甲烷 C．甲烷是矿井的安全威胁之一 D．相同质量的烷烃完全燃烧时，甲烷的耗氧量最低 【答案】D 【详解】A．甲烷结构稳定，常温下不与酸性KMnO4溶液反应，A正确； B．天然气、沼气、煤层气的主要成分均为甲烷，B正确； C．矿井中甲烷浓度过高易引发爆炸，是安全威胁，C正确； D．甲烷（CH4）含氢量最高，相同质量时耗氧量最大，而非最低，D错误； 故选D。 2．（24-25高一下·河南郑州·期末）已知：，下列有关说法正确的是 A．和的空间结构均为正四面体形 B．一氯甲烷()和二氯甲烷()互为同系物 C．存在和两种同分异构体 D．该反应前后的四种分子均为原子间通过共用电子对形成化学键 【答案】D 【详解】A．是正四面体结构，中C—H键与C—Cl键键长不同，空间结构是四面体，A错误； B．一氯甲烷和二氯甲烷的官能团数目不同，不是同系物，B错误； C．二氯甲烷只有一种结构，则与为同种物质，C错误； D．原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键，四种分子均为原子间通过共用电子对形成化学键，D正确； 故选D。 3．（24-25高一下·湖北襄阳·期末）甲烷和氯气在光照条件下发生卤代反应，其反应机理如下： I．链引发 II．链传递 III．链终止 ① Cl2 2Cl∙ ②Cl∙ + CH4 → CH3∙ + HCl ③CH3∙ + Cl2 → Cl∙ + CH3Cl …… 2Cl∙ → Cl2 CH3∙ + Cl∙ → CH3Cl …… 反应②与反应③过程中能量变化如图： 下列说法正确的是 A．反应②和反应③均有非极性键的断裂与极性键的形成 B．1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量高于1 mol CH3∙和1 mol HCl的总能量 C．拆开1 mol Cl─Cl键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量多 D．有可能生成极少量的乙烷和1，2-二氯乙烷等产物 【答案】D 【详解】A．反应②断裂的是C─H极性键，形成H─Cl极性键，有极性键的断裂和形成，反应③断裂Cl─Cl非极性键，形成C─Cl极性键，有非极性键的断裂和极性键的形成，A项错误； B．由图知反应②中1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量低于1 mol CH3∙ 和 1 mol HCl的总能量，B项错误； C．由图知反应③为放热反应，拆开1 mol Cl2中化学键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量少，C项错误； D．自由基之间可能结合生成副产物2CH3∙ → CH3CH3，CH3Cl→CH2Cl2的链传递方程式为CH3Cl + Cl∙ → ∙CH2Cl + HCl 、∙CH2Cl + Cl2→CH2Cl2 + Cl∙，2∙CH2Cl → CH2ClCH2Cl等，有可能生成极少量的乙烷和1,2-二氯乙烷等产物，D项正确； 答案选D。 4．（24-25高一下·内蒙古包头·期中）甲烷的取代反应是有机化学实验中的典型代表。现有实验装置如图所示，打开分液漏斗活塞，并将装置置于光亮处一段时间。下列说法正确的是 A．可用MnO2代替高锰酸钾进行实验 B．0.01molCH4最多可消耗0.896L氯气 C．Cl2与CH4反应生成的产物均为四面体 D．可观察到有黄绿色气体产生，后颜色变浅，内壁出现油状液体 【答案】D 【详解】A．与浓盐酸反应需要加热，不能代替，A错误； B．0.01molCH4最多可以与0.04molCl2发生取代反应，标况下的体积是0.896L，题目未指明标况，B错误； C．Cl2与CH4反应生成的产物有4种有机产物均是四面体结构，但同时会生成HCl，其不是四面体结构，C错误； D．浓盐酸和高锰酸钾反应生成黄绿色气体Cl2，随着反应的进行，c(Cl2)不断减小，瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，反应生成的CCl4、CH2Cl2、CHCl3呈液态，附着在瓶内壁上，所以有油状液滴形成，D正确； 故选D。 5．（24-25高一下·天津·期中）I.烷烃可以发生取代反应。向下图的B中通入一定量的氯气和甲烷气体，混合均匀后通入C中硬质玻璃管中，夹紧C两端弹簧夹，用漫射光照射硬质玻璃管。 (1)将实验室制得的先通过饱和食盐水的目的是_______。 (2)写出装置中与反应生成氯仿的化学方程式：_______。 (3)一段时间后，装置C中玻璃管内的实验现象：_______、_______。 (4)将甲烷和适量的混合后光照，充分反应后生成的、、、四种有机产物的物质的量之比为，则参加反应的的物质的量为_______mol。 II. (5)某同学依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示： 负极的材料是_______，发生的电极反应为_______。当反应进行一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了，则该原电池反应共转移的电子数目是_______。 【答案】(1)除去其中的氯化氢气体 (2) (3) 玻璃管内壁上出现油状液滴 气体的黄绿色变浅 (4)3 (5) Cu 0.05NA 【分析】本氯气中混入了氯化氢，通过饱和食盐水可以除去其中的氯化氢，甲烷和氯气在被浓硫酸干燥后，一起通入装置C中发生取代反应，最后用装置D处理尾气；甲烷具有还原性，可以和氧化铜反应生成单质铜和水，用无水硫酸铜来检验水的存在，最后用澄清石灰水来检验是否有二氧化碳生成，以此解题； 【详解】（1）氯化氢极易溶于水，氯气能溶于水，且与水反应，Cl2+H2O=H++Cl-+HClO，食盐水溶液中的氯离子抑制氯气的溶解，降低氯气的溶解度，所以通常用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢； （2）甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，则化学方程式为； （3）光照下发生取代反应生成HCl，生成卤代烃不溶于水，玻璃管内壁上有油状液滴生成，气体颜色变浅； （4）将1molCH4与适量的Cl2发生取代反应，测得4种有机取代产物的物质的量之比为，则消耗的氯气的物质的量是×(1×1+2×2+3×3+4×4)=3mol； （5）由可知Cu为负极，电极反应式为，当反应进行一段时间后取出电极材料，测得正极Ag电极增重了5.4g即0.05molAg，其电极反应式为，则该原电池反应共转移的电子数目是0.05NA。 拓展培优 （24-25高一上·上海松江·期中）能将氧化铜还原为铜单质，某兴趣小组用以下实验进行验证。 6．点燃B处酒精灯前先通入甲烷气体的作用是___________。 7．反应过程中，C装置中的现象为___________，证明有水生成。 8．装置D中澄清石灰水变浑浊，证明___________。 【答案】6．排尽装置内的空气防止加热时发生爆炸 7．白色固体变为蓝色 8．有二氧化碳生成 【分析】反应前先通入甲烷能够排出装置内的空气，防止甲烷气体与空气混合在加热时可能出现爆炸，浓硫酸吸收甲烷中的水分，防止干扰后续对还原产物的检验，甲烷还原氧化铜得到铜单质，故B装置的黑色粉末变红，若C装置白色无水硫酸铜变蓝，则证明产物中有水生成，若D装置内澄清石灰水变浑浊，则证明有二氧化碳生成，据此分析答题。 6．由于甲烷气体与空气混合在加热时可能出现爆炸，因此，在进行加热前要把玻璃管中空气全部排出，所以在点燃 B 处酒精灯之前应先通入甲烷排出管内空气然后再进行加热； 7．水可以与白色无水硫酸铜反应生成蓝色的五水硫酸铜，所以C 装置中白色固体变为蓝色，证明有水生成； 8．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，D 装置内澄清石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成； （23-24高一下·上海松江·阶段练习）利用甲烷与氯气发生反应，同时获得副产品盐的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组报在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装如下。 9．导管a的作用是_______。 10．实验开始前需要进行的操作是_______。 11．C装置中生成的化学方程式为_______，反应类型为_______。 12．B装置有三种功能：①混匀混合气体；②_______；③_______。 13．D装置的试管中能观察到的现象是_______。 14．下列关于甲烷的性质描述错误的是_______。 A．难溶于水 B．能使溴水褪色     C．密度比空气小 D．易燃烧 15．下列能证明甲烷分子是正四面体结构的是_______。 A．甲烷是共价化合物 B．只有一种分子 C．甲烷分子中四个键键长相等，任意两个键之间的键角均相等 D．与为同一种物质 16．装置E的作用是_______。 【答案】9．平衡内外压强 10．检查气密性 11． 取代反应 12． 将气体混合均匀 控制气体流速 13．有油状液体生成 14．B 15．D 16．吸收氯化氢、防止倒吸 【分析】A装置：实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl2，B装置：干燥Cl2，装置C：经干燥后和甲烷在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl，D装置：冷凝生成的氯代烃，E装置：最后生成的HCl溶于水生成盐酸，球形漏斗球形部分具有较大空间，能防止倒吸，据此分析。 9．A装置制取氯气，导管a连接分液漏斗和烧瓶，其作用为：平衡气压，使浓盐酸能够顺利流下；故答案为：平衡内外压强； 10．实验开始前要检查装置的气密性；故答案为：检查气密性； 11．C装置中CH4与Cl2生成一氯代物，反应的化学反应方程式为：；反应为取代反应；故答案为：，取代反应； 12．利用浓硫酸的吸水性，作干燥剂，即干燥混合气体，将气体混合均匀，控制气体流速，让原料充分利用；故答案为：将气体混合均匀，控制气体流速； 13．C中反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳气体在D中冷凝成液体；故答案为：有油状液体生成； 14．甲烷性质稳定，难溶于水、密度比空气小、易燃烧，不能使溴水褪色；故答案为：B； 15． 甲烷是正四面体结构，任意二个氢都处于相邻状态，甲烷的二元取代物只有一种结构即证明甲烷是正四面体结构，甲烷与四氯化碳为同一结构，与为四氯化碳的二元取代物，只有一种结构，即证明了甲烷为正四面体结构；故答案为：D； 16．HCl易溶于水，因此要防止倒吸，同时还吸收氯化氢，故答案为：吸收氯化氢、防止倒吸。 （25-26高一上·上海·期中）我国将力争2060年前实现碳中和，的捕捉是减少碳排放的措施之一，资源化利用是实现“碳中和”的重要途径。 I．一种利用溶液捕捉回收的过程如图所示。 17．【不定项】已知NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是___________。 A．中含中子数为26NA B．溶液中含有数为NA C．同温同压下，等体积的与的碳原子个数比为1：1 D．反应、分离中分离操作为过滤 18．捕捉室中与过量的氢氧化钠溶液反应的离子方程式为___________。 19．【不定项】下列溶液中，也能用作“捕捉”二氧化碳的试剂是___________。 A．溶液 B．溶液 C．溶液 D．稀硫酸 20．整个过程中可以循环利用的物质是___________(写化学式)。 实验室模拟捕捉回收，需要用溶液，现进行配制。 21．称量固体为___________。 22．配制溶液需要的玻璃仪器是___________。 23．【不定项】配制过程中，会造成所配制溶液的物质的量浓度偏大的是___________。 A．称量时间过长 B．转移前，容量瓶内有蒸馏水 C．定容时水加多用胶头滴管吸出 D．定容时俯视刻度线蛋黄型空心球催化剂技术实现了封存和能量储存双重效果，其原理如图所示。 24．该反应的总方程式为___________。 25．与利用溶液直接捕获相比，该法的优点(写出两点)___________。 【答案】17．CD 18． 19．B 20．、 21．20.00 22．烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500mL容量瓶 23．D 24． 25．反应简单，能耗低；同时实现能量储存(答案合理即可) 【分析】用过量氢氧化钠溶液捕捉回收CO2生成碳酸钠溶液，再加入氧化钙，氧化钙和水生成氢氧化钙，氢氧化钙再和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，氢氧化钠循环使用，碳酸钙高温分解产生氧化钙和二氧化碳，二氧化碳储存利用，氧化钙循环利用。 17．A．中含中子数为＜，A错误； B．题干未告知溶液的体积，无法计算溶液中含有数，B错误； C．根据阿伏加德罗定律可知，同温同压下，等体积的与CO2的分子数相同，故二者含有的碳原子个数比为，C正确； D．反应、分离操作中得到氢氧化钠溶液和碳酸钙，则在操作为过滤，D正确； 故选CD； 18．捕捉室中二氧化碳与过量的氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水：； 19．A．二氧化碳和溶液不反应，不能用溶液“捕捉”二氧化碳，故不选A； B．溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，能用溶液“捕捉”二氧化碳，故选B； C．溶液和二氧化碳不反应，不能用溶液“捕捉”二氧化碳，故不选C； D．稀硫酸和二氧化碳不反应，不能用稀硫酸“捕捉”二氧化碳，故不选D； 选B； 20．由分析，整个过程中可以循环利用的物质是NaOH、CaO； 21．要用 溶液，则需要使用500 mL容量瓶配制，结合配制步骤，配制溶液需要的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、胶头滴管。用电子天平称量NaOH固体。需要氢氧化钠固体质量是：。 22．结合第5问分析可知，配制溶液需要的玻璃仪器是：烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500mL容量瓶； 23．A．称量NaOH时间过长，NaOH吸水潮解，所称量NaOH固体的质量偏小，导致溶液浓度偏小，A错误； B．转移前，容量瓶内有蒸馏水，对配制结果无影响，B错误； C．定容时水加多用胶头滴管吸出，造成溶质损失，浓度偏小，C错误； D．定容时俯视刻度线，溶液体积偏小，浓度偏大，D正确； 故选D； 24．图中CO2和H2O是反应物，CH4和O2是生成物，总反应方程式为； 25．NaOH捕获CO2为固定，而该方法将CO2转化为可利用的CH4；同时，NaOH与CO2反应生成盐，后续需处理，该方法无此类废弃物，故答案为：反应简单，能耗低；同时实现能量储存(答案合理即可)。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $